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L’auscultation des plantes à grande vitesse

Des engins automatisés passant sur les microparcelles d’essais, des serres mobiles, des plantes en pots qui circulent sur des tapis roulants pour se faire photographier et ausculter par des capteurs… Bienvenue dans l’ère du phénotypage à haut débit.

Cela s’apparente à une course-poursuite dans les programmes d’amélioration variétale. Quand le génotypage (localisation des gènes dans l’ADN) progresse à vitesse grand V sur les plantes cultivées, le phénotypage (notations des caractères sur le terrain) a du mal à suivre. Alors, on a inventé le phénotypage à haut débit. "Il est obligatoire de mettre en relation les informations émanant du génotypage et du phénotypage pour avancer dans la sélection variétale. Jusqu’à récemment, le phénotypage se traduit par des notations sur le terrain réalisées par des personnes, en prélevant les plantes le plus souvent", explique Katia Beauchêne, responsable du phénotypage des projets "biotechnologies" chez Arvalis.
Comment faire pour réaliser un phénotypage plus rapide, plus fréquent et non destructif, comme mesurer une biomasse sans prélever de plantes ? Des capteurs adaptés sur un équipement passant dans les microparcelles permettent de noter plusieurs caractères à chaque passage et de réaliser des notations autant de fois que l’on veut. Exemple : notation de toutes les étapes constitutives du rendement au gré des stades de développement d’une culture comme le blé. L’œil humain ne disparaît pas des champs d’essais. Mais le travail de notations par les personnes est simplement complété par des systèmes automatisés avec capteurs.

Un véhicule autonome enjambe les parcelles

Dans le cadre du programme Phenome, Arvalis est à la manœuvre précisément sur la plateforme Phénofield dans la Beauce (dispositif de serres mobiles à Ouzouer-le-Marché) et également dans le cadre du projet Phénoblé avec l’Inra d’Avignon et un engin étrange, le Phénomobile. Phéno par ci, phéno par là, le phénotypage à haut débit démarre véritablement cette campagne dans les champs.
Comment fonctionne un équipement tel que le Phénomobile ? Autonome au champ avec guidage GPS, le véhicule enjambe les parcelles. Deux boîtiers comportent des capteurs pour des mesures à visée verticale d’une part et à visée oblique (angulaire) d’autre part. Parmi les capteurs, un spectroradiomètre mesure la lumière réfléchie par la plante sur plusieurs longueurs d’onde pour mettre en évidence les différences de teneurs en chlorophylle entre variétés par exemple. Teneurs en azote, mesures de surfaces vertes, teneur en eau, hauteur de la plante, surfaces foliaires, architecture (port dressé, recourbé…)… l’assemblage de plusieurs capteurs permet de multiples mesures simultanées par ce robot notateur. "Pour le fonctionnement du Phénomobile, on rentre le parcellaire mis en place sur un logiciel. On lance un scénario de mesures et le phénomobile entre en action avec un millier de microparcelles de deux mètres sur douze mètres par jour à couvrir", informe Katia Beauchêne.

Serres mobiles : ça marche comme sur des roulettes

Autre dispositif dans le phénotypage à haut débit : des serres mobiles avec des capteurs de mesures. "Nous disposons de huit serres qui se déplacent sur des rails couvrant au total 5000 m2 et sur un parcellaire de 7 à 8 hectares. Ces serres font office de parapluies en allant protéger automatiquement les essais des précipitations et ainsi maîtriser les périodes et les intensités de déficits hydriques sur les expérimentations", décrit Katia Beauchêne. Sur les parcelles en question, l’irrigation est pilotée avec des quantités d’eau et des fréquences d’apports maîtrisées. Le dispositif d’Ouzouer-le-Marché pourra accueillir jusqu’à 500 microparcelles de grandes cultures, avec du maïs pour commencer en 2015. Il répond clairement à la problématique du changement climatique dont l’impact a été prouvé sur le comportement des cultures et l’évolution des rendements au fil des ans.
Phénofield contribuera à identifier les gènes gouvernant la tolérance à la sécheresse par le biais d’un travail de génétique d’association. Autrement dit, avec la batterie de mesures permises par ce dispositif de phénotypage à haut débit, on associera à des gènes d’une variété un caractère que l’on mesure au champ comme un rendement qui se maintient malgré un stress hydrique élevé. "C’est un dispositif très puissant pour mesurer le comportement des variétés face au stress hydrique", assure la spécialiste d’Arvalis. Les capteurs sont disposés sur les portiques des serres mobiles (mesures multispectrales et même en 3D de l’architecture des couverts) et également dans le sol avec des sondes tensiométriques, capacitives ou des tomographes. Les quantités de données à exploiter seront énormes puisque l’on parle de stockage dans des bases de plusieurs pétaoctets, soit des millions de gigaoctets. Les chercheurs se sont trouvés des occupations pour des années.

Phenome a de grandes ambitions

Le programme Phenome est un projet français d’envergure qui court sur huit ans : 2012 à 2019. Il est doté d’un budget de 56,1 milliards d’euros dont un peu plus de la moitié financé par des aides dans le cadre des investissements d’avenir. Un réseau d’infrastructures de phénotypage haut débit se met en place sur neuf plateformes en France avec des dispositifs en laboratoire, en conditions contrôlées (serres), en conditions semi-contrôlées (serres mobiles) et au champ. Inra, Arvalis, Cetiom, semenciers : organismes publics et privés sont engagés dans cette démarche. Un objectif est de contribuer à la création de variétés de grandes cultures répondant au mieux à des conditions de culture sous contrainte hydrique, parasitaire, de nutrition azotée limitante, de froid… C’est une réponse apportée aux changements climatiques en cours.

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